AODV路由协议如何建立路由？

AODV路由协议的路由建立

在移动自组网（MANET）中，路由协议的设计直接影响网络的性能和可靠性，AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector）是一种按需路由协议，其核心特点是仅在需要时建立路由，并通过逐跳路由的方式维护网络拓扑，AODV的路由建立过程高效且动态，能够适应节点移动和网络拓扑变化，本文将详细解析AODV路由协议的路由建立机制，包括其触发条件、关键步骤、消息交互以及优化机制。

路由建立的触发条件

AODV的路由建立是按需触发的，即只有在源节点需要向未知目的节点发送数据时，才会启动路由发现过程，触发路由建立的条件包括：

1. 通信需求：源节点有数据包需要发送，但路由表中不存在到目的节点的有效路径。
2. 路径失效：现有路由因节点移动或链路中断而失效，需重新建立路由。

这种按需机制避免了周期性路由广播，减少了网络开销，特别适合资源受限的移动自组网环境。

路由建立的关键步骤

AODV的路由建立过程主要包括路由请求（RREQ）、路由响应（RREP）和路由确认（RACK）三个阶段，以下是详细步骤：

路由请求（RREQ）

当源节点（S）需要向目的节点（D）发送数据但无有效路由时，会广播一个RREQ消息，RREQ消息包含以下关键字段：

• 源节点地址（Src IP）：发起路由请求的节点。
• 目的节点地址（Dst IP）：目标通信节点。
• 广播ID（Broadcast ID）：唯一标识源节点的请求，避免重复请求。
• 跳数（Hop Count）：记录从源节点到当前节点的跳数。
• 序列号（Sequence Number）：用于确保路由的新鲜度，防止过时路由。

中间节点在收到RREQ后，会执行以下操作：

• 检查是否收到过相同的RREQ（通过Src IP和Broadcast ID判断）。
• 若为首次收到，则更新跳数并继续广播RREQ。
• 若RREQ来自目的节点或已存在到目的节点的路由，则直接回复RREP。

路由响应（RREP）

当目的节点（D）或中间节点（已知到D的路由）收到RREQ后，会单播一个RREP消息回源节点，RREP消息包含以下字段：

• 目的节点地址（Dst IP）：目标节点地址。
• 源节点地址（Src IP）：发起请求的节点地址。
• 跳数（Hop Count）：从目的节点到当前节点的跳数。
• 序列号（Sequence Number）：目的节点的最新序列号。

中间节点在转发RREP时，会反向建立路由条目，记录下一跳节点和跳数，从而形成从源节点到目的节点的完整路径。

路由确认（RACK）

为确保路由的可靠性，AODV引入了RACK机制，源节点在收到RREP后，会向下一跳节点发送一个RACK消息，若RACK在超时前未得到确认，则认为路由建立失败，需重新发起RREQ。

路由建立的消息交互流程

以下是AODV路由建立过程中关键节点间的消息交互示例（假设节点S向节点D发送数据）：

路由建立的优化机制

为提高路由建立的效率和可靠性，AODV引入了多种优化机制：

1. 序列号机制：每个节点维护一个序列号，仅接受序列号大于或等于路由表中记录的RREQ或RREP，避免过时路由。
2. 本地修复：当链路中断时，中断节点的上游节点会尝试重新发起路由请求，而非立即通知源节点，减少路由重建的开销。
3. HELLO消息：节点定期广播HELLO消息，用于检测链路状态和维护路由表。

路由建立的优缺点

优点：

• 按需建立路由，减少控制开销。
• 支持动态拓扑变化，适应移动自组网环境。
• 通过序列号机制避免路由环路。

缺点：

• 路由建立延迟较高，不适合实时性要求高的场景。
• 广播R可能导致网络拥塞，尤其在节点密集时。

相关问答FAQs

Q1：AODV路由协议与DSR协议在路由建立上有何区别？
A：AODV和DSR均为按需路由协议，但主要区别在于路由信息的存储方式，AODV采用逐跳路由，每个节点仅存储下一跳信息，而DSR使用源路由，数据包中携带完整路径，AODV通过序列号机制避免过时路由，DSR则依赖缓存的路由信息。

Q2：如何优化AODV路由协议的路由建立过程？
A：可通过以下方式优化：

1. 限制RREQ广播范围：通过TTL（生存时间）或地理信息减少广播域。
2. 多路径路由：建立多条备用路径，减少单点故障的影响。
3. 智能队列管理：优先处理高优先级数据包的路由请求,降低延迟。